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DE10002230A1 - Adaptive robot guidance method, uses successive measurements with master piece and actual component for determining offset vectors used for adaption of robot movement program - Google Patents

Adaptive robot guidance method, uses successive measurements with master piece and actual component for determining offset vectors used for adaption of robot movement program

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Publication number
DE10002230A1
DE10002230A1 DE2000102230 DE10002230A DE10002230A1 DE 10002230 A1 DE10002230 A1 DE 10002230A1 DE 2000102230 DE2000102230 DE 2000102230 DE 10002230 A DE10002230 A DE 10002230A DE 10002230 A1 DE10002230 A1 DE 10002230A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
robot
industrial robot
component
offset vectors
movements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2000102230
Other languages
German (de)
Inventor
Wilfried Faber
Joerg Demus
Hans-Georg Kirbach
Bernd Kasparek
Kornelius Iwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MSC MES SENSOR und COMPUTERTEC
Original Assignee
MSC MES SENSOR und COMPUTERTEC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MSC MES SENSOR und COMPUTERTEC filed Critical MSC MES SENSOR und COMPUTERTEC
Priority to DE2000102230 priority Critical patent/DE10002230A1/en
Publication of DE10002230A1 publication Critical patent/DE10002230A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127Means for tracking lines during arc welding or cutting
    • B23K9/1272Geometry oriented, e.g. beam optical trading
    • B23K9/1274Using non-contact, optical means, e.g. laser means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
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    • GPHYSICS
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    • G05B19/408Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
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Abstract

The robot guidance method uses an optical measuring system with at least one laser illumination device (7) and a video camera (6) for obtaining component measurements via a triangulation method, for providing control signals for correcting the robot movements. An initial measuring step uses a master piece (9) with the same geometry as an actual component (5), held by the industrial robot in the component position, for measurement by the measuring system, with subsequent measurement of the actual component, for determining offset vectors, used for adaption of the movement program. An Independent claim for a robot guidance device is also included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Führung und Steuerung der Bewegungen eines Industrieroboters auf der Basis von extern angeordneten optischen Meßsystemen, die als kalibrierte Einrichtungen mit Hilfe von Laserbeleuchtungseinrichtungen und Kameratechnik auf der Basis der Triangulationstechnik die geometrischen Merkmale der zu behandelnden Bauteile vermißt und daraus Steuersignale für die Korrektur von Roboterbewegungen ableitet.The invention relates to a method and an apparatus for automated Management and control of the movements of an industrial robot on the basis of externally arranged optical measuring systems that act as calibrated devices with the help of laser lighting devices and camera technology on the basis the triangulation technique the geometric features of the treatment Missing components and control signals for the correction of Derives robot movements.

Die Forderung einer Anpassung der Roboterbewegungen an die jeweiligen aktuellen geometrischen Verhältnisse der zu behandelnden Bauteile ist in zunehmenden Maß die Grundvoraussetzung für den erfolgreichen Einsatz von Industrierobotertechnik, insbesondere wenn die Bearbeitung von toleranzbehafteten Bauteilen zulässig ist.The requirement to adapt the robot movements to the respective ones current geometric conditions of the components to be treated is in increasing the basic requirement for the successful use of Industrial robotics, especially when machining tolerant components is permitted.

Für die Realisierung dieser Adaptivität wurde eine Vielzahl von Lösungen entwickelt, die mit unterschiedlicher technischer Basis versucht, die realen Geometrieverhältnisse im Bearbeitungsbereich zu erfassen und in Korrektursignale umzusetzen. So existieren Lösungen, bei denen das technologische Werkzeug, zum Beispiel ein Lichtbogenschweißbrenner, mit taktilen Fühlern ausgestattet ist, die punktförmig die Lage von Oberflächen abtasten. Zum Teil wird das technologische Werkzeug selbst als taktiler Fühler verwendet, wenn beispielsweise der Schweißdraht oder die Gaskappe des Schweißbrenners in die Lage versetzt werden, über die Ausnutzung von elektrischen Kontakten über Hilfsstromkreise die Berührung mit den Bauteilen zu erfassen (DE-OS 28 47 169). Desweiteren sind Lösungen verfügbar, bei denen die Oberflächenabtastung mit berührungslos arbeitenden Abstandssensoren realisiert wird (DE-OS 27 41 728), wobei deren abstandsabhängige Signalgaben zur Gewinnung von Korrektursignalen verwendet werden.A large number of solutions were used to implement this adaptivity developed that tries with different technical basis, the real Geometry relationships in the machining area to be recorded and in Implement correction signals. So there are solutions where that technological tool, for example an arc welding torch, with tactile sensors, which point the location of surfaces scan. In part, the technological tool itself is used as a tactile sensor used when, for example, the welding wire or the gas cap of the Welding torch will be able to take advantage of electrical contacts via auxiliary circuits to touch the components capture (DE-OS 28 47 169). Furthermore, solutions are available in which the Surface scanning implemented with non-contact distance sensors is (DE-OS 27 41 728), the distance-dependent signaling Obtaining correction signals can be used.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß vergleichsweise große mechanische Baugruppen zusätzlich an den technologischen Werkzeugen zu befestigen sind, die die Zugänglichkeit des Werkzeuges durch ihren Platzbedarf negativ beeinflussen. Nachteilig ist außerdem, daß die Zuverlässigkeit dieser zusätzlichen Meßsysteme wegen der unmittelbaren Prozeßnähe (z. B. negativer Einfluß durch einen Schweißprozeß in Form von Wärme, magnetische Felder und starke Verschmutzung) und der erforderlichen störanfälligen Verkabelung beschränkt ist. Letztendlich ist es auch von Nachteil, daß die Messungen an den Bauteiloberflächen ausschließlich punktförmig erfolgen, wobei die Meßpunktgröße vom physikalischen Meßprinzip abhängt und nur eingeschränkt beeinflußt werden kann. Während die taktilen Einrichtungen auf der Basis von vorhandenen Werkzeugkomponenten (z. B. Gaskappe des Schweißbrenners) nicht die oben genannten Nachteile bezüglich Platzbedarf aufweisen, treten bei diesen Systemen die Probleme der Hilfszeiten in Verbindung mit langsamen Roboter- Suchbewegungen in den Vordergrund. Gemeinsamer Nachteil aller dieser Systeme sind die Beschränkung der Meßstelle auf einen Meßpunkt.The disadvantage of these solutions is that they are comparatively large mechanical ones Assemblies must also be attached to the technological tools,  which negatively affects the accessibility of the tool due to its space requirement influence. Another disadvantage is that the reliability of these additional Measuring systems because of the close proximity to the process (e.g. negative influence from a welding process in the form of heat, magnetic fields and strong Pollution) and the required fault-prone cabling is limited. Ultimately, it is also a disadvantage that the measurements on the Component surfaces are made exclusively in punctiform form, with the measuring point size depends on the physical measuring principle and can only be influenced to a limited extent can. While the tactile facilities are based on existing ones Tool components (e.g. gas cap of the welding torch) not the above Disadvantages mentioned with regard to space requirements occur in these systems the problems of auxiliary times in connection with slow robotic Search movements in the foreground. Common disadvantage of all of these Systems are the limitation of the measuring point to one measuring point.

Optische Meßsysteme auf der Basis von zeilenförmigen oder flächenhaften Empfängerstrukturen bieten die Möglichkeit, diese Nachteile der punktförmigen Abtastung zu vermeiden. Bekannt sind vielfältige Anwendungen von Fotoempfängern (CCD-Kameras) mit geeigneten Beleuchtungseinrichtungen, um nach dem Lichtschnittverfahren die Konturen von der Oberfläche aufzunehmen, zu analysieren und daraus Steuersignale/Korrektursignale für Roboterbewegungen abzuleiten. So beschreibt beispielsweise das Patent EP 0 275 322 ein Verfahren zur Bestimmung der Positionsdaten beim Lichtbogenschweißen, wobei die Bildauswertung an der Schweißstelle nach dem Lichtschnittverfahren erfolgt. In dem Patent DE-OS 31 44 843 wird ein Verfahren zum Betreiben eines als Schweißroboter arbeitenden Manipulators vorgestellt. Hier wird ein Lichtmuster auf die Werkstückoberfläche projiziert, das von einer Kamera während des Abfahrens der programmierten Bahn aufgenommen wird. Die Verzeichnungen des Lichtmusters werden zur Korrektur der Bahn verwendet. In den DVS-Berichten, Band 118 (1989), S. 139-142 wird eine Lösung eines optischen Nahtführungssystems beschrieben, bei der 2 Laser Linien auf die Bauteile projizieren, die von einer CCD-Matrixkamera aufgenommen werden. Entsprechend der unterschiedlichen Aufgabenstellungen, für die dieser Sensor eingesetzt werden soll, wird auf verschiedene konstruktive Versionen, z. B. auch auf Systeme mit interner Drehachse, verwiesen. Zur Vermeidung der Nachteile, die mit diesen zusätzlichen Komponenten am Schweißbrenner bestehen, wird im EP 0 118 075 vorgeschlagen, Kamera und ggf. auch die Beleuchtungseinrichtungen mit im Schweißbrenner selbst anzuordnen, wobei die Bildaufnahme durch die Gaskappe hindurch erfolgt. Die Zuverlässigkeit einer solchen komplexen Anordnung ist jedoch zu bezweifeln. Eine vergleichbare Lösung ist auch in der US 4 673 795 für die Laserbearbeitung beschrieben. Hier wird über die Laseroptik bzw. über das Glasfaserkabel gleichzeitig mit der Laserlichtenergie die Übertragung von Bildinformationen realisiert, die für Positionieraufgaben oder für Prozeßsteuerungen ausgewertet werden können. Auf allgemeine Anwendungen einer Robotersteuerung unabhängig von der Lasertechnik läßt sich jedoch diese Lösung nicht übertragen.Optical measuring systems based on line-shaped or planar receiver structures offer the possibility of avoiding these disadvantages of point-shaped scanning. Various applications of photo receivers (CCD cameras) with suitable lighting devices are known in order to record the contours from the surface using the light section method, to analyze them and to derive control signals / correction signals for robot movements therefrom. For example, patent EP 0 275 322 describes a method for determining the position data during arc welding, the image evaluation at the welding point being carried out using the light section method. In the patent DE-OS 31 44 843 a method for operating a manipulator working as a welding robot is presented. Here, a light pattern is projected onto the workpiece surface, which is recorded by a camera while the programmed path is being followed. The distortions of the light pattern are used to correct the path. In the DVS reports, volume 118 ( 1989 ), pp. 139-142, a solution of an optical seam guidance system is described in which 2 lasers project lines onto the components which are recorded by a CCD matrix camera. According to the different tasks for which this sensor is to be used, different design versions, e.g. B. also refer to systems with an internal axis of rotation. To avoid the disadvantages that exist with these additional components on the welding torch, it is proposed in EP 0 118 075 to arrange the camera and possibly also the lighting devices in the welding torch itself, with the image being taken through the gas cap. However, the reliability of such a complex arrangement is questionable. A comparable solution is also described in US 4,673,795 for laser processing. Here, the transmission of image information is realized via the laser optics or via the glass fiber cable simultaneously with the laser light energy, which can be evaluated for positioning tasks or for process controls. However, this solution cannot be applied to general applications of a robot control regardless of laser technology.

Ein komplettes System zur Vermessung von Bauteilgeometrien als kompakte Einrichtung in Verbindung mit einem Lichtbogenschweißkopf wird auch in dem Patent US 5 715 375 vorgestellt. Wie auch bei den oben beschriebenen Lösungen wird in diesem Patent ein Ziel angestrebt, bei dem mit einer möglichst kompakten Anordnung am Schweißkopf direkt die Bauteilszenen in unmittelbarer Nähe des Schweißprozesses aufgenommen werden. Als wesentlicher Vorteil werden sowohl eine gewisse Unabhängigkeit von der Bauteilgeometrie als auch die Berücksichtigung von Robotertoleranzen erwartet.A complete system for measuring component geometries as a compact one Device in connection with an arc welding head is also used in the Patent US 5 715 375 presented. As with the ones described above Solutions in this patent is aimed at a goal with which possible compact arrangement on the welding head directly the component scenes in immediate Close to the welding process. As a major advantage become both a certain independence from the component geometry as well robot tolerances expected.

Allen Lösungen gemeinsam ist aber der Nachteil, daß vergleichsweise große mechanische Baugruppen zusätzlich an den technologischen Werkzeugen zu befestigen sind, die die Zugänglichkeit des Werkzeuges durch ihren Platzbedarf negativ beeinflussen. Nachteilig ist außerdem, daß die Zuverlässigkeit dieser optischen Meßsysteme wegen der unmittelbaren Prozeßnähe (z. B. negativer Einfluß durch einen Schweißprozeß in Form von Wärme, Fremdlicht, magnetischen Felder und starke Verschmutzung) und der erforderlichen störanfälligen Verkabelung beschränkt ist. Der Einsatz dieser Kompaktsysteme ist auch in jedem Fall mit dem Nachteil verbunden, daß die Führung des technologischen Werkzeuges die Ausrichtung des Meßsystems zur Bauteiloberfläche bestimmt. Damit sind ungünstige Reflexionsbedingungen aus technologischer Sicht unvermeidbar. Diese können zu ungenauen oder unzuverlässigen Betriebsweisen führen.Common to all solutions is the disadvantage that they are comparatively large mechanical assemblies in addition to the technological tools are fasten, the accessibility of the tool due to their space requirements influence negatively. Another disadvantage is that the reliability of this optical measuring systems because of the close proximity to the process (e.g. negative Influence from a welding process in the form of heat, extraneous light, magnetic fields and heavy pollution) and the required interference-prone cabling is limited. The use of these compact systems is also connected in each case with the disadvantage that the management of the technological tool to align the measuring system Component surface determined. This means that unfavorable reflection conditions are eliminated  technological point of view inevitable. These can be too imprecise or lead to unreliable modes of operation.

Nachteilig ist auch, daß durch die starren Anordnungen innerhalb der Meßsysteme nur bestimmte Meßbereiche und vorgegebene Objektgrößen vermessen werden können.Another disadvantage is that the rigid arrangements within the measuring systems only certain measuring ranges and specified object sizes can be measured can.

In der Fach- und Patentliteratur fehlt es an Lösungsansätzen, zur Vermeidung der prozeßbedingten Belastungen und den anderen genannten Nachteilen die optischen Systeme in einem vergleichsweise großen Abstand zum Prozeß zu positionieren. Als mögliche Ursachen kommen die Gefahr von Instabilitäten der Systemhalterungen, deren Auswirkungen sich bei großen Meßabständen vergrößern, und die unzureichende Rückkopplung von Bewegungstoleranzen des Roboters hierfür in Betracht.The technical and patent literature lacks solutions to avoid the process-related loads and the other disadvantages mentioned optical systems at a comparatively large distance from the process position. Possible causes are the risk of instability System mounts, the effects of which at large measuring distances enlarge, and the insufficient feedback of movement tolerances of the Robot considered for this.

Den Ausführungen zum Stand der Technik ist zu entnehmen, daß trotz der Vielfalt der Lösungsansätze zur adaptiven Positionssteuerung von Robotern einschließlich leistungsfähiger Bildverarbeitungssysteme in Verbindung mit Laserscannern die für die Anwender gravierenden Problemstellungen wie hohe Zuverlässigkeit des Gesamtsystems, insbesondere kein störender Einfluß durch die technologischen Fertigungsprozesse, Minimierung der Hilfszeiten und damit Verzicht auf Hilfsbewegungen des Roboters und nicht zuletzt die Vermeidung von zusätzlichen Anbauten am technologischen Werkzeug (Schweißbrenner o. ä.) zur Gewährleistung der freien Zugänglichkeit des Werkzeugs in kritischen Bauteilpositionen nicht erfüllt werden.The comments on the prior art show that despite the variety of solutions for adaptive position control of robots including powerful image processing systems in connection with laser scanners for the users serious problems such as high reliability of the Overall system, especially no disruptive influence from the technological Manufacturing processes, minimization of auxiliary times and thus no Auxiliary movements of the robot and, last but not least, the avoidance of additional ones Attachments to the technological tool (welding torch or similar) for Ensuring free access to the tool in critical Component positions are not met.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Führung und Steuerung der Bewegungen eines Industrieroboters auf der Basis von extern angeordneten Meßsystemen zu schaffen, welche von frei wählbaren Positionen außerhalb der Störeinflußbereiche durch die technologischen Prozesse die geometrischen Merkmale der zu behandelnden Bauteile mit großem Meßabstand vermessen und daraus Steuersignale für die Korrektur von Roboterbewegungen ableiten, wobei mögliche Störeinflußgrößen bezüglich unzureichender Meßsystemhalterungen oder Toleranzen der Roboterbewegungen selbständig berücksichtigt werden.The invention thus pursues the aim of a method and an apparatus for automated guidance and control of the movements of an industrial robot to create on the basis of externally arranged measuring systems, which of free selectable positions outside of the interference areas by the technological processes the geometric features of the treated Measure components with a large measuring distance and control signals for them Derive correction of robot movements, taking into account possible interference factors  regarding insufficient measuring system mounts or tolerances of the Robot movements are taken into account independently.

Damit ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Steuerung der Bewegungen eines Industrieroboters auf der Basis von optischen Meßsystemen zu entwickeln, die mit Hilfe von Laserbeleuchtungs­ einrichtungen und Kameratechnik nach dem Triangulationsprinzip die geometrischen Merkmale der zu behandelnden Bauteile vermessen und daraus Steuersignale für die Korrektur von Roboterbewegungen ableiten.It is therefore an object of the invention to provide a method and an apparatus for automated control of the movements of an industrial robot on the basis to develop optical measuring systems using laser lighting facilities and camera technology based on the triangulation principle Geometric features of the components to be treated and measured Derive control signals for the correction of robot movements.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Vermessungssystem aus mindestens zwei räumlich voneinander getrennten Einheiten besteht, wobei eine Einheit eine CCD-Kamera und die zweite und jede weitere Einheit je ein Laserlinienbeleuchtungssystem darstellt. Die CCD-Kamera und die Laserlinienbeleuchtungssysteme werden von starren Trägern in einer winkligen Anordnung zueinander gehalten. Zusammen mit dem Roboterfuß bilden diese starren Träger eine mechanische Einheit. Bezüglich ihrer Wirkrichtungen sind die CCD-Kamera und die Lasersysteme auf die zu vermessenden Oberflächenbereiche des Werkstücks ausgerichtet. CCD-Kamera und Laserlinienbefeuchtungssysteme bilden kalibrierbare Meßsysteme mit einem festen Bezug zum Koordinatensystem des Roboters. Die Berücksichtigung von thermischen Veränderungen der Träger und Unzulänglichkeiten des Industrieroboters wird dadurch erreicht, daß in zyklischen Abständen durch Ausnutzung von Werkzeugwechselsystemen des Roboters durch diesen ein bekanntes Musterteil mit vergleichbarer Geometrie an die üblichen Fertigungsstellen kurzzeitig positioniert wird, um daran eine Vergleichsmessung mit dem Vermessungssystem durchzuführen. Im Ergebnis der Vergleichsmessung werden Korrekturvektoren berechnet, die bei der beabsichtigten Korrektur der Position des Werkzeuges bei realen Bauteilen als Offset verwendet werden.According to the invention this object is achieved in that the Measurement system from at least two spatially separated Units, one unit being a CCD camera and the second and each another unit represents a laser line lighting system. The CCD camera and the laser line lighting systems are made of rigid supports in one angular arrangement held to each other. Form together with the robot foot these rigid supports form a mechanical unit. Regarding their directions of action are the CCD camera and the laser systems to be measured Surface areas of the workpiece aligned. CCD camera and Laser line humidification systems form calibratable measuring systems with one fixed reference to the coordinate system of the robot. The consideration of thermal changes in the carrier and inadequacies of the Industrial robots is achieved in that at cyclical intervals Exploitation of tool changing systems by the robot well-known sample part with comparable geometry to the usual Manufacturing locations is positioned briefly to do a comparison measurement with the surveying system. As a result of the comparison measurement correction vectors are calculated which are used for the intended correction of the Position of the tool can be used as an offset for real components.

Mit der erfindungsgemäßen Realisierung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur automatisierten Führung und Steuerung der Bewegungen eines Industrieroboters auf der Basis von extern angeordneten optischen Meßsystemen ergeben sich folgende Vorteile: With the implementation of a method and a device according to the invention for automated guidance and control of the movements of a Industrial robots based on externally arranged optical measuring systems The following advantages result:  

Es gelingt, die Komponenten des Meßsystems, hinsichtlich der Beeinflussung durch den Fertigungsprozeß, in sicheren Positionen aufzustellen. Diese Positionen sind frei wählbar. Sie lassen im Hinblick auf eine sichere Erkennung der Merkmale durch Wahl günstiger Anstellwinkel bei beliebigen Meßabständen optimieren. Eine Anpassung an unterschiedliche Meßbereiche ist problemlos möglich. An der Roboterhand sind keine zusätzlichen mechanischen Komponenten unterzubringen. Alle diese Maßnahmen verbessern wesentlich die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Außerdem wird die Zugänglichkeit des Arbeitswerkzeuges nicht durch zusätzliche Komponenten verschlechtert. Die extern angeordneten Systeme können die Vermessung bereits vor dem Einfahren des Roboters an das Bauteil durchführen, was zu Zeiteinsparungen bzw. minimierten Hilfszeiten führt. Durch die Möglichkeit der Selbstdiagnose des Gesamtsystems in Verbindung mit einem Musterstück, das vom Roboter an der Meßstelle gehalten wird, können genauigkeitsmindernde Effekte wie Verschleißerscheinungen des Roboters kompensiert werden. Die Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung realisiert damit eine automatische Fertigung von toleranzbehafteten Bauteilen mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Letztendlich wird für den Anwender zusätzlich ein Kostenvorteil wirksam, weil auf vielfältige Hilfsmittel zur Sicherung der Betriebsweise unter unmittelbaren Prozeßbedingungen wie Kühleinrichtungen und Schutzgläser verzichtet werden kann.It succeeds in influencing the components of the measuring system through the manufacturing process to set up in safe positions. These positions are freely selectable. They leave with regard to a reliable recognition of the characteristics optimize by choosing favorable angles of attack at any measuring distance. A Adaptation to different measuring ranges is possible without any problems. At the Robotic hands are not additional mechanical components accommodate. All of these measures significantly improve reliability of the overall system. In addition, the accessibility of the work tool not deteriorated by additional components. The externally arranged Systems can send the measurement to the robot before it is retracted Perform component, which leads to time savings or minimized auxiliary times. Through the possibility of self-diagnosis of the overall system in connection with a sample that is held by the robot at the measuring point accuracy-reducing effects such as wear and tear on the robot be compensated. The implementation of the solution according to the invention is realized thus an automatic production of high-tolerance components Reliability and accuracy. Ultimately, an additional for the user Cost advantage effective because of diverse tools to secure the Operation under immediate process conditions such as cooling devices and Protective glasses can be dispensed with.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles eines Schneidroboters mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobeiThe invention is described below using an example of a cutting robot explained in more detail with reference to the accompanying drawings, wherein

Fig. 1 eine räumliche Anordnung der wesentlichen Komponenten der adaptiven Roboterführung auf der Basis von extern angeordneten optischen Meßsystemen und Fig. 1 shows a spatial arrangement of the essential components of the adaptive robot guidance on the basis of externally arranged optical measuring systems and

Fig. 2 eine mögliche Darstellung der Lage der zu vermessenden Strukturen im Bild der Kamera zeigen. Fig. 2 show a possible representation of the position of the structures to be measured in the image of the camera.

Ein Industrieroboter 1 wird in hängender Position mit einer Befestigung an einem Träger 2 betrieben. Als Arbeitswerkzeug besitzt der Industrieroboter 1 einen Schneidbrenner 3. Der Schneidbrenner 3 ist in bekannter Weise mit Komponenten eines Werkzeugwechselsystems am Handgelenk des Industrieroboters 1 befestigt. Im Arbeitsbereich des Industrieroboters 1 ist eine Werkstückaufnahme 4 positioniert, auf der das Bauteil 5 zur Bearbeitung abgelegt ist. Oberhalb des Bearbeitungsraumes sind am gemeinsamen Träger 2 eine Bildaufnahmeeinheit 6 und seitlich von dieser versetzt ein Laser-Linienprojektor 7 angeordnet. Sowohl die Bildaufnahmeeinheit 6 als auch der Laser-Linienprojektor 7 sind bezüglich ihrer Wirkrichtungen auf das Bauteil 5 ausgerichtet. Außerdem ist im Bearbeitungsraum des Industrieroboters 1 eine Werkzeugwechselstation 8 starr am Träger 2 befestigt, auf dem bei Bedarf der Schneidbrenner 3 und ein Musterstück 9 abgelegt werden können.An industrial robot 1 is operated in a hanging position with an attachment to a carrier 2 . The industrial robot 1 has a cutting torch 3 as a working tool. The cutting torch 3 is fastened to the wrist of the industrial robot 1 in a known manner using components of a tool changing system. In the working area of the industrial robot 1 , a workpiece holder 4 is positioned on which the component 5 is placed for processing. Above the processing area, an image recording unit 6 is arranged on the common support 2 and a laser line projector 7 is offset laterally from this. Both the image recording unit 6 and the laser line projector 7 are aligned with the component 5 with regard to their directions of action. In addition, a tool changing station 8 is rigidly attached to the carrier 2 in the processing space of the industrial robot 1 , on which the cutting torch 3 and a sample 9 can be placed if required.

Mit dieser Anordnung wird folgende Funktion erreicht:The following function is achieved with this arrangement:

Mit Beginn des Bearbeitungsprozesses und in regelmäßigen Abständen entnimmt der Industrieroboter 1 von der Werkzeugwechselstation 8 das Musterstück 9 und hält es in der Nähe der üblichen Position des Bauteiles 5 auf der Werkstückaufnahme 4. Der Laser-Linienprojektor 7 beleuchtet das Musterstück mit dem Linienmuster 10, das von der Bildaufnahmeeinheit 6 erfaßt wird. Im angeschlossenen Auswertesystem werden aus dem Linienmuster im Bild die Merkmale, zum Beispiel Liniensprunghöhen, Schrägen, Abbruchstellen der Linien, Knickstellen usw. ermittelt. Aus der Kenntnis der relativen Anordnung von Laser-Linienprojektor 7 und Bildaufnahmeeineit 6 zueinander werden aus diesen Merkmalen dimensionierte Größen, beispielsweise Oberflächenneigung, Lage einer Kante im Raum, Dicke oder Absoluthöhe des Bauteiles 5 bzw. Musterstücks 9 berechnet und in das Koordinatensystem des Industrieroboters 1 transformiert. Diese so ermittelten dimensionierten Lagegrößen des Musterstücks 9 werden mit programminternen Referenzwerten verglichen und bilden einen räumlichen Offsetvektor 1 zur Verschiebung des Bearbeitungsprogramms des Industrieroboters 1. Dieser Offsetvektor 1 wird bis zur Wiederholung der Vermessung des Musterstücks 9 zwischengespeichert. At the beginning of the machining process and at regular intervals, the industrial robot 1 removes the sample 9 from the tool changing station 8 and holds it in the vicinity of the usual position of the component 5 on the workpiece holder 4 . The laser line projector 7 illuminates the sample with the line pattern 10 , which is captured by the image recording unit 6 . In the connected evaluation system, the characteristics are determined from the line pattern in the image, for example line jump heights, slopes, break points of the lines, kinks, etc. From the knowledge of the relative arrangement of the laser line projector 7 and the image recording unit 6 with respect to one another, dimensions which are dimensioned from these features, for example surface inclination, position of an edge in space, thickness or absolute height of the component 5 or sample piece 9 are calculated and transformed into the coordinate system of the industrial robot 1 . These dimensioned position sizes of the sample 9 determined in this way are compared with program-internal reference values and form a spatial offset vector 1 for shifting the machining program of the industrial robot 1 . This offset vector 1 is buffered until the measurement of the sample 9 is repeated.

In der Produktionsphase wird das Musterstück 9 in der Werkzeugwechselstation 8 abgelegt, der Industrieroboter 1 trägt den Schneidbrenner 3. Anstelle des Musterstücks 9 wird das dann vorhandene Bauteil 5 unter gleichen Bedingungen vermessen. Nach den gleichen Algorithmen werden die Merkmale ermittelt und daraus die Lageabweichungen des Bauteiles 5 im Vergleich mit den programmierten Referenzwerten als Offsetvektor 2 bestimmt. Die Differenz von Offsetvektor 2 und Offsetvektor 1 wird zur Transformation des Bewegungsprogramms des Industrieroboters 1 für die Ausführung des Schneidprozesses, beispielsweise die Durchführung von Konturenschnitten an schräg liegenden Profilen, am Bauteil 5 verwendet.In the production phase, the sample 9 is placed in the tool changing station 8 , the industrial robot 1 carries the cutting torch 3 . Instead of the sample 9 , the component 5 then present is measured under the same conditions. The features are determined using the same algorithms and the positional deviations of the component 5 in comparison with the programmed reference values are determined as offset vector 2 . The difference between offset vector 2 and offset vector 1 is used to transform the movement program of the industrial robot 1 for the execution of the cutting process, for example the implementation of contour cuts on obliquely lying profiles, on the component 5 .

Vorteile im beschriebenen Anwendungsfall sind die Möglichkeit, die Bildaufnahmeeinheit 6 und den Laser-Linienprojektor 7 in einem großen Abstand zum Bauteil 5 und damit zur Bearbeitungstelle zu platzieren, so daß sie vom Schneidprozeß nicht beeinflußt werden. Die Lagebestimmung des Bauteiles 5 erfolgt bereits während des Anfahrens des Industrieroboters 1. Möglicher thermischer Verzug der Gesamtanlage einschließlich Träger 2 und Werkstückaufnahme 4 infolge der Schneidprozesse werden durch das oben beschriebene Verfahren mit gelegentlichen Referenzmessungen kompensiert. Advantages in the application described are the possibility of placing the image recording unit 6 and the laser line projector 7 at a large distance from the component 5 and thus from the processing point, so that they are not influenced by the cutting process. The position of the component 5 is already determined during the start-up of the industrial robot 1 . Possible thermal distortion of the entire system including carrier 2 and workpiece holder 4 as a result of the cutting processes are compensated for by the method described above with occasional reference measurements.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

11

Industrieroboter
Industrial robots

22

Träger
carrier

33rd

Schneidbrenner
Cutting torch

44

Werkstückaufnahme
Workpiece holder

55

Bauteil
Component

66

Bildaufnahmeeinheit
Image acquisition unit

77

Laser-Linienprojektor
Laser line projector

88th

Werkzeugwechselstation
Tool changing station

99

Musterstück
Sample

1010th

Linienmuster
Line pattern

Claims (2)

1. Verfahren zur automatisierten Führung und Steuerung der Bewegungen eines Industrieroboters auf der Basis von optischen Meßsystemen, die mit Hilfe von Laserbeleuchtungseinrichtungen und Kameratechnik auf der Basis der Triangulationstechnik Bauteile vermessen und daraus Steuersignale für die Korrektur von Roboterbewegungen ableiten, gekennzeichnet dadurch, daß extern angeordnete, kalibrierte Vermessungssysteme eingesetzt werden, mit denen in einem ersten Verfahrensschritt ein Musterstück 9 mit einer dem realen Bauteil 5 entsprechenden Geometrie, welches von dem Industrieroboter 1 an die Position temporär gehalten wird, in der üblicherweise das reale Bauteil 5 positioniert wird, hinsichtlich seiner Merkmale absolut im Koordinatensystem des Industrieroboters 1 vermessen wird, und mit dem in den weiteren Schritten nach identischem Auswertverfahren gleichfalls die realen Bauteile 5 vermessen werden, daß dabei aus dem Vergleich der ermittelten Positionen der Merkmale mit Referenzwerten Offsetvektoren ermittelt werden und daß aus der Differenz der ermittelten Offsetvektoren bei den realen Bauteilen 5 und dem Offsetvektor des Musterstücks 9 eine Transformation des Bewegungsprogramms des Industrieroboters 1 für die Ausführung der technologischen Bewegung erfolgt.1. A method for the automated guidance and control of the movements of an industrial robot on the basis of optical measuring systems which measure components with the aid of laser lighting devices and camera technology based on the triangulation technique and derive control signals for the correction of robot movements therefrom, characterized in that externally arranged, calibrated measurement systems are used, with which in a first method step a sample 9 with a geometry corresponding to the real component 5 , which is temporarily held by the industrial robot 1 at the position in which the real component 5 is usually positioned, absolutely in terms of its characteristics Coordinate system of the industrial robot 1 is measured, and with which the real components 5 are also measured in the further steps after an identical evaluation method, so that the comparison of the determined positions of the features with reference values first offset vectors are determined and that the difference between the offset vectors determined for the real components 5 and the offset vector of the sample 9 transforms the motion program of the industrial robot 1 for the execution of the technological movement. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Bildaufnahmeeinheit 6 und ein oder mehrere Laser-Linienprojek­ toren 7, die Linienmuster mit einer oder mehreren Linien erzeugen, starr an einem gemeinsamen Träger 2 befestigt sind, wobei Bildaufnahmeeinheit 6 und Laser-Linienprojektoren 7 räumlich voneinander getrennt und mit ihren Wirkrichtungen auf die Bearbeitungsstelle ausgerichtet sind und der Träger 2 zusammen mit dem Fuß des Industrieroboters 1 eine starre Einheit bildet.2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that an image recording unit 6 and one or more laser line projectors 7 , which generate line patterns with one or more lines, are rigidly attached to a common support 2 , image recording unit 6 and Laser line projectors 7 are spatially separated from one another and are aligned with their directions of action on the processing point and the carrier 2 forms a rigid unit together with the base of the industrial robot 1 .
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